基于单片机的温度监控系统设计.pdf

基于单片机的温度监控系统设计谭林(电子科技大学电子工程学院成都6 1 0 0 5 4)擅耍：介绍一种无线温度自动监控系统，它是以M S P 4 3 0 单片机为核心，以C)C 2 5 0 0 收发器为射频模块并辅有一些外部元件，采用C 语言编写程序，应用S i m p l i c i T l 无线通信协议组成一个小型的射频网络。工作时，各终端节点每秒自动唤醒，采集附近温度和电池电压并将数据通过射频网络送至控制节点，控制节点管理各终端并经串口发送数据至电脑屏幕显示，由此实现无线温度自动监控功能。并给出系统软硬件设计。关键词：单片机；无线温度自动监控系统；通信协议l 自动监控；编程仿真中图分类号：T P 3 6 8 1文献标识码：AW i r e l e s st e m p e r a t u r em o n i t o rb a s e do nm i c r o c o n t r o l l e rT a n L m(S c h o o lo fE l e c t r o n i c sE n g i n e e r i n g U n i v e r s i t yo fE l e c t r o n i cS c i e n c eT e c h n o l o g yo fC h i n a，C h e n g d u6 1 0 0 5 4，C h i n a)A b s t r a c t lT 1 1 i Sp a p e ri n t r o d u c e saW h e l e s st e m p e r a t u r em o n i t o rs y s t e m，t a k i r i gM S P 4 3 0m i c r o c o n t r o l l e ra sh a r d w a r ec o n t r o lc o r e C C 2 5 0 0s i n g l ec h i pa st r a n s c e i v e ra n du s i n gs o m ep e r i p h e r a le l e m e n t s P r o g r a mi sc o m p i l e di nCl a n g u a g et oa c t 髂e x p e c t e d B a s e do nS i r n p l i c i T lp r o t o c o l。as m a l lR Fn e t w o r kc a nb em a d e E n dd e v i c e sw a k eu pe v e r y1St Os a m p l et e m p e r a t u r en e a r b ya n db a t t e r yi n f o r m a t i o n，t h e ns e n dt h e s ed a t at oa c c e s sp o i n tt h r o u g hR Fn e t w o r k A c c e s sp o i n tm a n-a g e se v e r ye n dd e v i c e sa n ds e n d sd a t at oP Ct Ob ed i s p l a y e d T h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h es y s t e ma r eg i y e ni nd e t a i lK 母w o r d s：m i c r o c o n t r o l l e r w i r d e s s 脚R l r e 彻i t o r；咖1 u l l i t i o np l 口的l；a m 伊皿砌姗n g；p l q F a r m n es i m u l a t i o n0 引言目前我国许多大棚、仓库等需要温度控制的单位仍采用测温仪器与人工抄录、管理相结合的传统方法，这不仅效率低，还易出错口。本文采用0 3 2 5 0 0 射频模块，以M S P 4 3 0 中A D C l 0 的内嵌温度传感器采集温度，多个M S P 4 3 0 单片机构成无线测温网络，彻底摆脱了传统的人工抄录方法。由于使用简单的网络协议和低功耗器件，各节点电池寿命比以往同类系统得到很大延长。该设计具有简单可靠，灵活方便的特点1 硬件与协议该系统由控制中心、温度采集节点路由节点和P C 组成(图1)。控制中心通过串口与P C 相连，通过P C 机软件显示和查看信息，各节点采用电池供电。控制中心、温度采集节点和路由节点均用高集成超低功耗单片机。射频部分采用低功耗C C 2 5 0 0 无线收发器，工作频率2 4G H z，位于开放的I S M 频段。设计采用U S B 接口调试，两G P I O引脚分别接红绿灯控制指示灯，使用一个外部中断按键。作者简介：谭林，本科，主要研究方向为S O C 设计技术、无线通信一5 0 一中国科技核心期刊图1 无线温度自动监控系统组成万方数据1 1 系统控制从系统设计的功能需求及成本考虑，采用M s P 4 3 0 超低功耗单片机作为系统控制芯片。M S P 4 3 0 片内集成了不同的功能模块，可适应不同应用层次的需求。M S P 4 3 0提供了5 种低功耗模式，可最大限度的延长有源设备的电池寿命。M S P 4 3 0 的C P U 采用1 6 位精简指令集 2 ，并集成了1 6 位寄存器和常数发生器，其它的数字可控震荡器(D C O)可在1 弘s 内由低功耗模式切换到活动模式。1 2 无线收发器射频通信采用C C 2 5 0 0 低功耗无线收发器，其集成了高度可配置的基带调制解调器，支持数种调制模式，通过S m a r tS t u d i o 软件配置C C 2 5 0 0 各特殊寄存器以调整其频率、频道、调制模式，可调数据率最高至5 0 0 k B a u d。C C 2 5 0 0 还提供广泛的硬件支持如包处理、数据缓冲、清晰信道评估、连接质量指示等。通过S P I 接口可控制C C 2 5 0 0 运行参数和6 4 字节收发F m o【引。同时，该系统a 2 5 0 0 与M S P 4 3 0 配合使用只需少量外围器件。1 3 通信协议该系统使用S i m p l i c i T I 无线通信协测扣，其特点是能够简化实施工作，尽可能降低微控制器的资源占用。从而降低了低功耗R F 网络的系统成本。S i m p l i c i T l 支持对等通信和星型拓扑结构，适用于有源低速有限通信节点的低功耗R F 网络。S i m p l i c i T I 协议分为M R F l(删珂删lR Fi n t e r l a c e)、N W K、n w ka p p l i c a t i o n s、c u s t o m e ra p p l i c a t i o n s 四层，通过其自身定义的一系列A H 函数调用来实现用户程序应用。2 软件程序设计无线温度自动监控系统通过装载不同的固件将目标板分为温度采集节点E D、控制中心节点A P 和路由节点R E。其中，A P 负责管理网络并隔一定时间从一个或多个E D 接收数据。网络中E D 大部分时间处于低功耗L P M 3状态，每隔一设定时间自动唤醒采集其附近温度，测量电池电压并将数据送往A P。A P 从任意E D 收到数据后均通过串口送往P C 显示。2 1 控制中心节点A l P控制中心节点A P 初始化完成后每隔设定时间用越)C l o 内部温度传感器测量附近温度送给P C，同时持续监听有没有新的E D 加入网络或者有没有新的包从E D 发出。A P 流程图(图2)中B S P n i t()函数初始化了目标板的硬件如L E D s、按键等接口E s 。M C U _ I n i t O 函数初始化M S P 4 3 0，D C O 和M C L K 设为8M H z，T i m e rB 每隔1m i n触发一次中断，串口波特率9 6 0 0。硬件初始化完成后，程序调用S M P L1 1 1 i t(s C B)函数初始化收发器和S 妇p l i c i T I网络协议。2 1 1s J o i n S e m 分支当E D 调用S M P I。硒t()准备加入网络时，S i m p l i d T I 发出连接D 为零的加入帧，A P 通过g C B 函数设置s J o i n S e m旗，A P 初始化辄疆：Jj n k Ij s n 印()函数进行与E D 的连接。厂 毒多 i宰皋南图2 控制中心节点流程图2 1 2a P e e r F r a m e S e m 分支当A P 收到来自E D 的数据帧时通过妯函数设置s P e e r F r a m e S e m 旗，而后定义缓冲区储存当前的帧，再查询输入队列信息直到处理完所有等待的帧。2 1 3s S e l f M e a s u r e S e m 分支A P 在设定时间段触发中断设置s S e l f M e a s u r e S e m旗，通过J 蛐C 1 0 采集温度和电压。2 2 温度采集节点E 1)E D 运行函数S M P I，I n i t()加入网络并产生4 字节随机地址，地址存入f l a s h 存储器并用胴函数写入设备，加入A P 网络时检查接入令牌是否匹配，交换诸如连接令牌等网络参数。当E D 加入网络并与A P 成功连接时，E 1)进入循环每段时间唤醒采集温度和电压。2 3 路由节点l 趣路由节点R E 将数据的通信距离延长，起到扩展每一个设备通信距离的作用。I 迮接收的数据有效载荷长度不能大于范围扩展定义的最大有效载荷长度。3 仿真与结果采用绘制电路图软件P R 咖和用于编写程序的L RE m b e d d e dW o r k b e n c hf o rM S P 4 3 0 实现系统设计的仿真。图3 为P R o r E L 仿真环境下M S P 4 3 0 微控制器硬件电路图。在认RE m b e d d e dW o r k b e n c h 中创建一个新项目，然后加入C 源程序E6，其中S i m p l i e i T I 协议由T I 以源代码形式提供。调试后，结果和设计目标完全吻合。上电后，显示器显示问候语，接着控制中心节点A PI，E D s 闪烁，初始化完毕后，A P 每隔ls 用A D C l 0 内部温度传感器开始测量附近温度并将数据传送给P C。同时，A P 持续监听有没有终端节点加入或已加入的终端节点有没有发中国科技核心期刊一5 1 万方数据V C CE 积P 3P 3 1P 3 2P 3 0D V uo l r r，P 2 7蹦，P 2 6D V 髓R S T，N f S B、)l 厂l 【0P 2 O A C L K A 0P 2 1 厂T A 矾C L l(，A lP 2 2，I A 0 A 2P 3O，U C B O S T EU C B O S I M oP 3 2，U C B O S O P 3 3，L y C B O C L K，侣A V c cP 4 O 佃OP 4 1，I B lP 4 2 佃2P 4 3 A 1 2P 4 4 A 1 3P 4 5，A 1 5T H E R M A I P A 0P 2 5 r R o s cD V c cD V c cT E S T s B W T C KP 1 7，眦P I 6 厂I A lP 1 5 胜0P 1 4 T C KP 1 3P 1 2P I 1P In|D C l 0 C L KP 2 4 V R E F+I 2 3，哏E F P 3 1|aP 3 6 A 6P 3 5，L J c A O R X DP 3 A C u A O T X DP 4 7 厂I B C L KP 4 6，r B o lr r H图3 目标板系统控制电路V C CE 盯R E D、kL E D l￥肛脒中进行的交换，红灯亮表示A P 将自身测量数据发送给 1 汤绮婷基于射频模块n R F 9 0 5 的粮库无线温湿度监P C，绿灯亮表示A P 收到了来自终端节点的数据当终端控系统 J 电子产品世界，2 0 0 7，7：1 0 2 1 0 3 E D 加入网络成功后，其每间隔1s 终端采样其附近温度 2 沈建华，杨艳琴M S P 4 3 0 系列1 6 位超低功耗单片机并发送到控制中心，随后进入L P M 3 体眠模式。实验路由原理与实践 M 北京航空航天大学出版社，2 0 0 8 显示器显示输出结果如下lT r a n s c e i v e r E B O L (2 0 0 6)h t r p：f o c u s 吐啪N o d e A P，T e m p：2 6 2 C B a t t e r y：3 V，R E n od o c s p r o d f o I d e r s p r h 谴I c c 2 5 0 0 h 缸n LN o d e 为节点类型，T e m p 为节点温度，B a t t e r y 为节点 4 F r i e d m a n 乙S i m p l i c i T ld e v e l o p e r sn o t e s E B O L 4 结束语f o l d e r s p r i n t s i m p l i c i t i h t m l?D C M P。h p a r f 一该设计将温度管理智能化、无线化。减少了布线的困g e n e r a l&H c!s o t h e r+o T+3 m p l 。i 吐难和维护难度降低了人工成本。只要一个控制中心、若I S 魏小龙号片机接口技术及系统设计实例 阅北京t黧塞恐黧奎黧裂辫二震星嘲鸶喜篡淼恭嚣篇程序堡毪篓兰羔曼：里篓差妻嘎篓!絮2；恚黧，竺苎是p。主弃罱；翟；羞j：；乏荔蔷荽姜墨蔷羞间，最大程度延长电池寿命，节省了资源，在农业，仓储等0!：。”“”“。”“4”7“”方面有很强的实用价值。杜z 0 0 3 加大3 G 仪器投入，决胜通信设备制造在全球经济危机愈演愈烈的环境中，3 G 通信牌照的发放为通信设备制造业带来了重大利好。为了帮助通信设备制造商把握机遇赢得转机北京东方中科集成科技有限公司(以下简称东方集成)继续推动其成功的租赁模式，加大了包括3 G 研发、生产以及工程安装等环节所需的测试仪器仪表的投入，帮助客户在解决了必须的测试条件的同时也在目前恶劣的宏观环境下，节省宝贵的资金，以协助客户抵御金融、市场与技术风险。最终度过目前的经济寒冬。今年春节过后，仪器租赁量出现了明显上升的趋势，为了满足这种需求东方集成投入大量资金购买了包括T D-S C D M A、C D M A-2 0 0 0 和W-C D M A 在内的各主流厂家的大量3 G 测试仪器。同时，公司还加强了服务3 G 设备制造商的技术人员配备，可以根据客户的具体要求量身定制租赁方案。选择及配置适用的3 G 测试仪器，帮助客户以相对较低的测试成本抓住稍纵即逝的市场商机。同时，东方集成在中关村园区的“电子开放实验室”也为T D-S C D M A 中标公司的入网测试提供了一批测试仪器，近期完成了6、7 个相关测试。了解更多信息，请访问：h t t p：w w w j i c h e n&n e t c n 一5 2 一中国科技核心期刊高占雩触万方数据基于单片机的温度监控系统设计基于单片机的温度监控系统设计作者：谭林，Tan Lin作者单位：电子科技大学电子工程学院,成都,610054刊名：国外电子测量技术英文刊名：FOREIGN ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，28(4)被引用次数：1次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.汤绮婷 基于射频模块nRF905的粮库无线温湿度监控系统期刊论文-电子产品世界 2007(07)2.沈建华.杨艳琴 MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践 20083.Ti CC2500 Single Chip Low Cost Low Power RF Transceiver 20064.Friedman L SimpliciTI developers notes 20085.魏小龙 单片机接口技术及系统设计实例 20026.马忠梅.张凯.籍顺心 单片机的C语言应用程序设计 2003 引证文献(1条)引证文献(1条)1.郭洁 基于CAN-bus的船舶柴油机排气温度检测仪的设计期刊论文-仪器仪表用户 2010(1)本文链接：http:/